Το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής είναι το πιο σημαντικό επίτευγμα
της φυσικής των υψηλών ενεργειών μέχρι σήμερα. Αυτή η εξαιρετικά κομψή θεωρία ταξινομεί τα στοιχειώδη σωματίδια βάσει των αντίστοιχων φορτίων τους και περιγράφει
το πως αλληλεπιδρούν διαμέσου των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων. Σ’ αυτό το πλαίσιο,
ένα φορτίο είναι μια ιδιότητα ενός στοιχειώδους σωματιδίου η οποία καθορίζει την θεμελιώδη αλληλεπίδραση από την οποία επηρεάζεται. Στη συνέχεια θα λέμε ότι η αντίστοιχη αλληλεπίδραση του σωματιδίου συζεύγνυται με ένα συγκεκριμένο φορτίο.
Για παράδειγμα, τα γλοιόνια, τα σωματίδια που μεταφέρουν την ισχυρή αλληλεπίδραση, συζευγνύονται με σωματίδια που φέρουν χρωματικό φορτίο. Από τις τέσσερις θεμελιώ-
δεις αλληλεπιδράσεις στη φύση, όλες εκτός από την βαρύτητα, περιγράφονται από το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής: σωματίδια με ένα ηλεκτρικό φορτίο επηρεάζονται από την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση (Quantum ElectroDynamics ή QED συντομογραφικά), σωματίδια με ασθενές φορτίο επηρεάζονται από την ασθενή αλληλεπίδραση (Quantum Flavour Dynamics ή QFD), και τα σωματίδια με ένα χρωματικό φορτίο επηρεάζονται από την ισχυρή αλληλεπίδραση (Quantum ChromoDynamics ή QCD).
Σε αντίθεση με τις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, το πεδίο Brout–Englert–Higgs (BEH) δρα με έναν ιδιαίτερο τρόπο. Επειδή πρόκειται για βαθμωτό πεδίο, προκαλεί αυθόρμητη ρήξη συμμετρίας, η οποία με τη σειρά της δίνει μάζα σε όλα τα σωματίδια με τα οποία αλληλε-πιδρά (η διαδικασία αυτή αποκαλείται συνήθως μηχανισμός Higgs). Επιπλέον, το σωματί-
διο Higgs (H) συζεύγνυται με κάθε άλλο σωματίδιο που έχει μάζα (συμπεριλαμβανομένου και του ιδίου).
Οι αλληλεπιδράσεις πραγματοποιούνται με την μεσολάβηση των αντίστοιχων σωματιδίων, φορέων αλληλεπίδρασης: τα φωτόνια (γ) για τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις, τα ασθενή μποζόνια (W–, W+ και Ζ0) για την ασθενή αλληλεπίδραση, και τα γλοιόνια (g) για την ισχυρή αλληλεπίδραση. Επιπλέον, ένα στοιχειώδες σωματίδιο μπορεί να «αισθανθεί» περισσότερες από μια θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, όταν διαθέτει διάφορα φορτία.
Για παράδειγμα, εξαιτίας του ηλεκτρικού και ασθενούς φορτίου, ένα μιόνιο επηρεάζεται και από την ηλεκτρομαγνητική και την ασθενή αλληλεπίδραση.
Η διατύπωση του Καθιερωμένου Προτύπου της σωματιδιακής φυσικής ξεκίνησε στις αρ-
χές της δεκαετίας του 1970 και μέχρι σήμερα έχει αντέξει σε όλες τις πειραματικές δοκι-μασίες. Η πιο πρόσφατη επιτυχία ήταν η επαλήθευση του πεδίου Brout–Englert–Higgs
από τα πειράματα ATLAS και CMS στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN, το
2012.
Και τα δυο πειράματα ανίχνευσαν με επιτυχία την κβαντισμένη διέγερση του πεδίου
Brout–Englert–Higgs, το αποκαλούμενο μποζόνιο Higgs. Αυτό επιβεβαίωσε τον μηχα-
νισμό Higgs, ο οποίος συσχετίζει τα στοιχειώδη σωματίδια με τις αντίστοιχες μάζες.
Θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι, δεδομένης αυτής της μεγάλης επιτυχίας, η κοινότη-
τα της σωματιδιακής φυσικής θα έπρεπε να είναι χαρούμενη και ικανοποιημένη.
Αλλά, στην πραγματικότητα συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο! Ενώ το Καθιερωμένο
Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής παρέχει μια μοναδική και κομψή περιγραφή των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των στοιχειωδών σωματιδίων, υποτίθεται ότι
αυτή η κβαντική θεωρία πεδίου είναι μόνο ένα κομμάτι μιας ευρύτερης θεωρίας.
Πράγματι, το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής περιγράφει
μόνο το 5% περίπου του Σύμπαντος. Δεν εξηγεί την σκοτεινή ύλη που αντιπ-
ροσωπεύει το 25% περίπου του Σύμπαντος – για να μην μιλήσουμε για την
σκοτεινή ενέργεια, η οποία αντιπροσωπεύει το υπόλοιπο 70% του Σύμπαντος.
Η περιγραφή τους μπορεί να επιτευχθεί μόνο με θεωρίες πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου. Επομένως, κάθε ένδειξη ασυμφωνίας μεταξύ των προβλέψεων του Καθιε-ρωμένου Προτύπου και των πειραματικών αποτελεσμάτων θα πυροδοτήσει τεράστιο ενθουσιασμό. Κυρίως όμως, θα επιτρέψει τους φυσικούς να ανανεώσουν και να τρο-ποποιήσουν την μέχρι τώρα περιγραφή της φύσης.
Πηγές πληροφοριών : iopscience.iop.org - home.cern
της φυσικής των υψηλών ενεργειών μέχρι σήμερα. Αυτή η εξαιρετικά κομψή θεωρία ταξινομεί τα στοιχειώδη σωματίδια βάσει των αντίστοιχων φορτίων τους και περιγράφει
το πως αλληλεπιδρούν διαμέσου των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων. Σ’ αυτό το πλαίσιο,
ένα φορτίο είναι μια ιδιότητα ενός στοιχειώδους σωματιδίου η οποία καθορίζει την θεμελιώδη αλληλεπίδραση από την οποία επηρεάζεται. Στη συνέχεια θα λέμε ότι η αντίστοιχη αλληλεπίδραση του σωματιδίου συζεύγνυται με ένα συγκεκριμένο φορτίο.
Για παράδειγμα, τα γλοιόνια, τα σωματίδια που μεταφέρουν την ισχυρή αλληλεπίδραση, συζευγνύονται με σωματίδια που φέρουν χρωματικό φορτίο. Από τις τέσσερις θεμελιώ-
δεις αλληλεπιδράσεις στη φύση, όλες εκτός από την βαρύτητα, περιγράφονται από το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής: σωματίδια με ένα ηλεκτρικό φορτίο επηρεάζονται από την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση (Quantum ElectroDynamics ή QED συντομογραφικά), σωματίδια με ασθενές φορτίο επηρεάζονται από την ασθενή αλληλεπίδραση (Quantum Flavour Dynamics ή QFD), και τα σωματίδια με ένα χρωματικό φορτίο επηρεάζονται από την ισχυρή αλληλεπίδραση (Quantum ChromoDynamics ή QCD).
Σε αντίθεση με τις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, το πεδίο Brout–Englert–Higgs (BEH) δρα με έναν ιδιαίτερο τρόπο. Επειδή πρόκειται για βαθμωτό πεδίο, προκαλεί αυθόρμητη ρήξη συμμετρίας, η οποία με τη σειρά της δίνει μάζα σε όλα τα σωματίδια με τα οποία αλληλε-πιδρά (η διαδικασία αυτή αποκαλείται συνήθως μηχανισμός Higgs). Επιπλέον, το σωματί-
διο Higgs (H) συζεύγνυται με κάθε άλλο σωματίδιο που έχει μάζα (συμπεριλαμβανομένου και του ιδίου).
Οι αλληλεπιδράσεις πραγματοποιούνται με την μεσολάβηση των αντίστοιχων σωματιδίων, φορέων αλληλεπίδρασης: τα φωτόνια (γ) για τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις, τα ασθενή μποζόνια (W–, W+ και Ζ0) για την ασθενή αλληλεπίδραση, και τα γλοιόνια (g) για την ισχυρή αλληλεπίδραση. Επιπλέον, ένα στοιχειώδες σωματίδιο μπορεί να «αισθανθεί» περισσότερες από μια θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, όταν διαθέτει διάφορα φορτία.
Για παράδειγμα, εξαιτίας του ηλεκτρικού και ασθενούς φορτίου, ένα μιόνιο επηρεάζεται και από την ηλεκτρομαγνητική και την ασθενή αλληλεπίδραση.
Η διατύπωση του Καθιερωμένου Προτύπου της σωματιδιακής φυσικής ξεκίνησε στις αρ-
χές της δεκαετίας του 1970 και μέχρι σήμερα έχει αντέξει σε όλες τις πειραματικές δοκι-μασίες. Η πιο πρόσφατη επιτυχία ήταν η επαλήθευση του πεδίου Brout–Englert–Higgs
από τα πειράματα ATLAS και CMS στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN, το
2012.
Και τα δυο πειράματα ανίχνευσαν με επιτυχία την κβαντισμένη διέγερση του πεδίου
Brout–Englert–Higgs, το αποκαλούμενο μποζόνιο Higgs. Αυτό επιβεβαίωσε τον μηχα-
νισμό Higgs, ο οποίος συσχετίζει τα στοιχειώδη σωματίδια με τις αντίστοιχες μάζες.
Θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι, δεδομένης αυτής της μεγάλης επιτυχίας, η κοινότη-
τα της σωματιδιακής φυσικής θα έπρεπε να είναι χαρούμενη και ικανοποιημένη.
Αλλά, στην πραγματικότητα συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο! Ενώ το Καθιερωμένο
Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής παρέχει μια μοναδική και κομψή περιγραφή των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των στοιχειωδών σωματιδίων, υποτίθεται ότι
αυτή η κβαντική θεωρία πεδίου είναι μόνο ένα κομμάτι μιας ευρύτερης θεωρίας.
Πράγματι, το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής περιγράφει
μόνο το 5% περίπου του Σύμπαντος. Δεν εξηγεί την σκοτεινή ύλη που αντιπ-
ροσωπεύει το 25% περίπου του Σύμπαντος – για να μην μιλήσουμε για την
σκοτεινή ενέργεια, η οποία αντιπροσωπεύει το υπόλοιπο 70% του Σύμπαντος.
Η περιγραφή τους μπορεί να επιτευχθεί μόνο με θεωρίες πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου. Επομένως, κάθε ένδειξη ασυμφωνίας μεταξύ των προβλέψεων του Καθιε-ρωμένου Προτύπου και των πειραματικών αποτελεσμάτων θα πυροδοτήσει τεράστιο ενθουσιασμό. Κυρίως όμως, θα επιτρέψει τους φυσικούς να ανανεώσουν και να τρο-ποποιήσουν την μέχρι τώρα περιγραφή της φύσης.
Πηγές πληροφοριών : iopscience.iop.org - home.cern
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου